韩信派人暗中探听，得知李左车的计策没被采纳，非常高兴，大胆引兵前来，离井陉口三十里驻扎下来，半夜选二千轻骑兵，人持一面红旗，从小路来到山坡上伪装隐蔽起来，窥视赵军，并且告诫将士：赵军见我军出击，一定倾巢而出，你们就乘机迅速冲入赵军营地，拔掉赵国旗帜，插上汉军红旗。同时命令副将传令开一顿小餐，说：“今天打败赵军之后大会餐！”将领们谁都不相信，只好假意称是。
韩信又召集将领们分析认为，赵军已先占据了有利的地势，他们在未见到汉军大张旗鼓之前，定会认为我们遇到阻险而退兵，是不肯轻易发兵攻打我们的。于是，韩信派一万人为先头部队，背靠河水摆开阵势，赵军见汉军摆出只有前进而无退路的绝阵，都大笑不已。天刚亮，韩信打起了大将军的旗号和仪仗鼓吹，击鼓进军井陉口，赵军果出营迎击，大战良久，韩信、张耳弃鼓旗，佯装打败，退到河边的军阵之中。赵军见状，果然倾巢而出追逐韩信、张耳，争夺汉丢下的旗鼓。韩信、张耳退人河边阵地，水上军迎战赵军，各个拼死作战，赵军无法把他们打败。
这时韩信所派的二千轻骑兵，等赵军倾巢而出追击汉军，争夺战利品的时候，立即冲入赵军营垒，拔掉赵军旗帜，竖起两千面汉军的红旗。赵军久战不胜，想退回营垒，却见营中遍是汉军红旗，大惊失色，认为汉军已经把赵王及其将领全部俘虏了，阵势大乱，四散奔走逃告。赵将虽斩数人，竭力阻止，却不见成效，这时汉军两面夹击，大破赵军，在泜水斩杀陈馀，活捉赵歇。“背水一役”，被称为中国战争史上巧妙运用“奇正”原理，而取胜的典范之一。
韩信又下令军中不许杀李左车，有能擒者赏千金。不久，擒获李左车，韩信亲自上前松绑，请李左车面东而坐，自己执弟子之礼。
韩信大获全胜，诸将前来祝贺问到：“兵法上说，布阵应是‘右背山陵，左对水泽’，如今将军却背水为阵，还说破赵军之后会餐，当时我们不服，然而取胜了，这是什么战术？”韩信说：“这也在兵法上，只是诸位没留心罢了。兵法上不是说‘陷之死地而后生，置之亡地而后存’吗？况且我平素没有得到机会训练诸位将士，这就是所说的‘赶着街市上的百姓去打仗’，在这种形势下不把将士们置之死地，使人人都为了保全自己而战；如果给他们留有生路，就都跑了，怎么还能用他们取胜呢？”诸将听了都自叹不如，更加佩服韩信的用兵之术了。由此可见，韩信能够背水列阵而破敌，正是他活学兵法、超常用兵的结果。
韩信在解答诸将疑惑后，向李左车请教攻燕、伐齐之事，李左车辞谢说：“我听说，败军之将不可言勇，亡国之臣不敢语政。现在我是亡国的俘虏，哪里有资格同你谈论国家大事？”韩信说：“我听说百里奚在虞国时，虞国灭亡，在秦国而秦国称霸，这不是因为他在虞国时愚蠢，在秦国时聪敏，而是在于国君是否重用他，是否采纳他的意见。假使成安君陈馀听了你的计策，那我韩信如今已成了阶下囚了。我是诚心向你求教，请你不要推辞。
李左车说：“我听说：智者千虑，必有一失；愚者千虑，必有一得。所以说即使是犯人的话，圣人也可以有选择地采纳。不过恐怕我所献的计策不一定值得采用，但我仍愿献上我的愚见。成安君虽有百战百胜之计，可一招失算，军败鄗下，身死泜水。如今将军渡过西河俘虏魏王，擒夏说于阏与，一举攻下井陉口，在不到一上午的时间就打垮赵二十万大军，诛杀成安君，名闻海内，威震天下。使敌国百姓放下农具，停止工作，吃好的，穿好的，专心倾听您下令进军的消息，这些是的长处。然而将士疲惫，实际情形是难以用兵。如今将军要率领疲惫劳苦的士卒，停顿在燕国坚守着的城池之下，想战又恐怕拖得太久，力量耗尽而不能攻克，实情暴露，而弱燕不肯降服，齐国也必然固守边境以图自强。燕、齐相持不下，那么刘邦和项羽的胜负也就分不出来，这是将军的短处。
我认为‘北攻燕、东伐齐’的计策是失策，善于用兵的人常用己之长击他人之短。将军不如按兵不动，休整士卒，安定赵地，抚恤遗孤，日日牛酒犒赏将士，摆出攻打燕国的态势。而后遣辩士去游说燕国，把自己的优势充分显示在燕国而前，燕一定不敢不听从您。燕降服后再派辩士以燕已降汉说齐，齐必从风而服，即使有再聪明的人也不知道该怎样替齐国谋划了。像这样，天下的大事就好办了，用兵之道，本来就有先声夺人，再动实际的策略。”韩信听从李左车的计策，派使者去燕国，燕王臧荼听到消息立即投降，韩信又请求立张耳为赵王，镇抚赵国，刘邦同意。
此时，西楚多次派兵渡黄河击赵，张耳和韩信往来救援，在行军途中安定了许多赵国城池，并发兵支援刘邦。当时，楚军正在荥阳围困刘邦，刘邦逃跑到宛县、叶县之间，收服英布同入成皋，楚军又急忙围攻成皋。
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